Esercizi di verifica F.1) Quali sono le ipotesi su cui si basa la teoria cinetica dei gas? Come viene definita e quanto vale la costante di Boltzman? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A quale temperatura bisogna portare un gas inizialmente a 0 o C, perchè la velocità media delle molecole raddoppi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: Tf = 1092 K = 819o C F.2) Che cosa afferma e quando è applicabile il principio di conservazione dell’energia meccanica? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Una pallina di massa 100 g viene lanciata verso l’alto da una molla di costante elastica k = 15 N/cm compressa di 4 cm. Quale altezza massima raggiunge, rispetto alla posizione iniziale? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: ∆h = 1.22 m F.3) Il modulo di Young dell’osso in trazione vale 15 · 109 P a. L’osso può avere deformazioni elastiche fino allo 0.4% della sua lunghezza. Calcolare la massima estensione possibile (in regime elastico) per un femore di lunghezza 40 cm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sapendo che la sezione minima del del femore vale circa 3 cm2 , calcolare il valore massimo del carico applicabile in trazione. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: ∆L = 0.16 cm; F = 1.8 · 104 N F.4) Spiegare brevemente come il teorema di Bernoulli consenta di capire perchè la pressione del sangue diminuisca in corrispondenza di una stenosi del vaso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F.5) Quanto vale (in N) la forza esercitata dall’aria (P = 1 atm) su ogni cm 2 di superficie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quanto vale (in kg) la massa totale dell’aria sovrastante tale cm 2 ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Approssimando l’atmosfera come uno strato di densità uniforme e di altezza pari a 10 km, se ne calcoli la densità media. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: F = 10 N ; M = 1.02 kg; d = 1.02 kg/m3 F.6) Lasciando decantare una soluzione di spore di fungo e acqua in una provetta, si osserva che dopo 1 ora 3.6 cm di acqua nella provetta sono diventati limpidi. Si calcoli la velocità di sedimentazione delle spore. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcolare la densità delle spore, supponendo di poterle approssimare a sferette di raggio 5 µm. (η = 10−3 P a s) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: vs = 10−5 m/s; d = 1.18 · 103 kg/m3 F.7) Come è definito in generale il lavoro di una forza? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un corpo di massa 200 g si muove lungo l’asse x sotto l’azione di forza, parallela all’asse x, la cui intensità in funzione di x è data nel grafico. Per quali valori di x l’accelerazione è costante? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Per quali valori di x la velocità è costante? (spiegare) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F(x) (N) 15 x1 x2 10 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 6 x(cm) Quanto lavoro viene compiuto sul corpo quando esso si muove da x 1 a x2 ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: a = cost per x < 3 cm e x > 5 cm; mai perchè F 6= 0; L = 0.275 J F.8) Cosa afferma e quando è applicabile la legge di Poiseuille? Come è definita in generale la resistenza idraulica e quale è la sua espressione nel caso di condotti cilindrici? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Si vuole sostituire un ago da trasfusione, di sezione 0.8 mm 2 e lunghezza 4 cm, con un ago che abbia sezione più piccola del 20%, ma che abbia lo stesso valore di resistenza idraulica. Quanto vale il rapporto r1 /r2 fra i raggi dei due aghi? Quanto deve valere la lunghezza del secondo ago, se si vuole che la resistenza idraulica dei due aghi sia identica? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: r1 /r2 = 1.1; L2 = (r2 /r1 )4 L1 = 2.6 cm F.1) Come è definito in generale il lavoro di una forza fra due punti? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Il grafico rappresenta l’intensità in funzione di x per una forza conservativa parallela all’asse x. F(N) Quanto vale il lavoro compiuto su un corpo che si sposta dalla posizione A = 2 cm alla posizione B = 10 cm? 10 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . −5 2 4 6 8 10 x(cm) Quale è la definizione generale di energia potenziale in termini di lavoro, e per quali forze è possibile definirla? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quanto vale la differenza di energia potenziale U (B) − U (A) fra i due punti di coordinata B = 10 cm e A = 2 cm? Quale fra questi due punti ha energia potenziale maggiore? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: L = 0.125 J; ∆U = −L = −0.125 J; A F.2) Discutere facendo riferimento al loro significato energetico, le condizioni di applicabilità del teorema di Bernoulli e della legge di Poiseuille . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un tubicino orizzontale, di sezione 1 mm2 , lungo un metro, é collegato alla base di un grosso recipiente riempito di acqua. (vedi figura). L’acqua fuoriesce dal tubicino con una portata di 1 cm 3 al secondo ( η = 10−3 P a s). Quanto vale la velocità media di fuoriuscita dell’acqua? h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P A P B P C Il flusso è laminare? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sapendo che PC = 1 atm, quanto valgono la differenza di pressione PB − PC fra i due estremi del tubicino e la pressione assoluta PB ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conoscendo PB , si usi il teorema di Bernoulli per calcolare PA . Si giustifichino brevemente le ragioni che consentono di applicare il teorema di Bernoulli fra i punti A e B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcolare il livello h dell’acqua nel recipiente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: v = 1 m/s; R = 560,laminare. ∆P = 2.59 · 104 Pa; PA = Patm + 2.64 · 104 P a; h=2.69 m F.3) Si enunci la legge di Stokes per la forza agente su sferette in moto in un liquido viscoso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Una soluzione contenente due diverse specie di proteine, con carica (negativa) identica pari a 5 e (e = 1.6 · 10−19 C), viene sottoposta ad elettroforesi, immergendovi l’estremo di una strisciolina di carta bagnata, cui è applicato un campo elettrico diretto verso il basso pari a 10 V/cm. Dopo 30’ si osserva che una delle due specie di proteine (A) è salita di 2 cm, mentre l’altra (B) è salita di 2.4 cm. Calcolare le velocità di trascinamento per le due specie di proteine e la forza elettrica che agisce su una molecola. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcolare il rapporto rA /rb fra i raggi medi delle due proteine (supposte sferiche) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: vA = 1.1 · 10−5 m/s; vB = 1.3 · 10−5 m/s; F = 8 · 10−16 N;rA /rB =1.2 F.4) Quale è l’intrepretazione a livello microscopico della temperatura? Quale è l’espressione per l’energia interna di un gas perfetto, in base alla teoria cinetica dei gas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Un recipiente chiuso contiene elio (He, PM=4) alla temperatura T 1 = 100 K. Calcolare l’energia cinetica e la velocità di traslazione dell’elio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Quanto deve valere T2 perchè l’energia interna del sistema raddoppi? Sapendo che la variazione di energia interna del’elio nella trasformazione fra T1 e T2 vale 300 cal, calcolare il numero di moli di elio ed il numero di molecole di elio contenute nel recipiente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: 3 kT 2 = 21 mv 2 ; U = 23 nRT ; Ecin = 2 · 10−21 J; v = 790 m/s;U = 23 nRT quindi T2 = 2T1 = 200 K; n = 1, N = 6 · 1023 F.5) Ad una molla viene sospesa una massa di 5 kg. La molla si allunga di 10 cm. Calcolare la costante elastica e l’energia potenziale elastica della molla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ris.: K = mg ∆L = 490 N/m; Epot = 21 K(∆L)2 = 2.45 J